(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産井出口より下流側の流路を通流するカルシウム及びシリカを含有した流体に前記通路に形成したスケール抑制剤注入部からキレート剤を流量制御しながら注入することにより金属イオンを不活性化する金属イオン不活性化工程と、前記金属イオン不活性化工程と同時に前記スケール抑制剤注入部から前記流体へアルカリ剤を流量制御しながら注入するアルカリ剤注入工程とを設けたことを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスケール抑制方法において、前記金属イオン不活性化工程のキレート剤注入流量は、前記流体のカルシウム濃度からカルシウム珪酸塩水和物の溶解度に対して飽和となる飽和カルシウム濃度を引いた値である過飽和カルシウム濃度を、比例定数およびキレート剤濃縮液のキレート剤濃度で割った値に前記流体の流量をかけた値以上にすることを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスケール抑制方法において、
前記金属イオン不活性化工程は、
前記流体の流量を流量計で計測する状態計測ステップと、
前記状態計測ステップに続いて、前記流体の流量と予め定めた定数とに基づいてキレート剤注入量を計算するキレート剤注入量計算ステップと、
前記キレート剤注入流量計算ステップに続いて、計算された前記キレート剤注入流量となるようにキレート剤注入ポンプを駆動制御するキレート剤注入ポンプ制御ステップとを備えることを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のスケール抑制方法において、
前記金属イオン不活性化工程は、
前記流体の流量，温度，ｐＨを各センサーで測定する状態計測ステップと、
前記状態計測ステップに続いて、前記温度，前記ｐＨに基づいてカルシウム珪酸塩水和物の飽和濃度に対して飽和となる飽和カルシウム濃度を計算する飽和カルシウム濃度計算ステップと、
前記飽和カルシウム濃度計算ステップに続いて、前記流体の流量，予め設定したカルシウム濃度，前記飽和カルシウム濃度，前記キレート剤濃縮液のキレート剤濃度に基づいてキレート剤注入流量を計算するキレート剤注入流量計算ステップと、
前記キレート剤注入流量計算ステップに続いて、計算された前記キレート剤注入流量となるようにキレート剤注入ポンプを駆動制御するキレート剤注入ポンプ制御ステップとを備えることを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のスケール抑制方法において、
前記金属イオン不活性化工程は、
前記流体の流量，温度，ｐＨ，カルシウム濃度を各センサーで測定する状態計測ステップと、
前記状態計測ステップに続いて、前記温度，前記ｐＨに基づいてカルシウム珪酸塩水和物の飽和濃度に対して飽和となる飽和カルシウム濃度を計算する飽和カルシウム濃度計算ステップと、
前記飽和カルシウム濃度計算ステップに続いて、前記流体の流量，計測した前記カルシウム濃度，前記飽和カルシウム濃度，前記キレート剤濃縮液のキレート剤濃度に基づいてキレート剤注入流量を計算するキレート剤注入流量計算ステップと、
前記キレート剤注入流量計算ステップに続いて、計算された前記キレート剤注入流量となるようにキレート剤注入ポンプを駆動制御するキレート剤注入ポンプ制御ステップとを備えることを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスケール抑制方法において、
前記アルカリ剤注入工程で流体のｐＨ値を、前記生産井出口より下流側の流路における流体の飽和非晶質シリカ濃度とシリカ濃度とが同じになるｐＨ値以上に設定することを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項７】
請求項６に記載のスケール抑制方法において、
前記アルカリ剤注入工程の流体のｐＨ値が、２５℃換算ｐＨ値として８以上になるようにアルカリ剤を注入することを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項８】
請求項６に記載のスケール抑制方法において、
前記アルカリ剤注入工程の流体のｐＨ値が、２５℃換算ｐＨ値として９.７以上になるようにアルカリ剤を注入することを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のスケール抑制方法において、
前記流体を２つ以上に分流する流体分流工程と、前記分流の一方に、前記キレート剤注入工程および前記アルカリ剤注入工程を行った後に、前記一方の分流と他方の分流を混合する混合工程を行うことを特徴とするスケール抑制方法。
【請求項１０】
カルシウム及びシリカを含有する流体を通流し生産井出口より下流側の流路である１次配管と、
前記流体より低沸点の媒体と前記１次配管の前記流体とを熱交換させて前記媒体を気化させる蒸発器と、
気化した前記媒体を通流する２次配管と、
前記２次配管に接続したタービンと、
前記タービンに連結した発電機とを備え、
前記１次配管に形成したスケール抑制剤注入部にキレート剤を流量制御しながら注入するキレート剤注入装置と、前記スケール抑制剤注入部に前記キレート剤と同時にアルカリ剤を流量制御しながら注入するアルカリ剤注入装置とを備えることを特徴とする発電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発電システムにおいて、
前記キレート剤注入装置は、キレート剤を貯留するキレート剤タンクと、前記キレート剤タンクに貯留されたキレート剤を前記１次配管のスケール抑制剤注入部に供給するキレート剤注入配管と、前記キレート剤注入配管に備えられたキレート剤注入ポンプと、前記蒸発器より上流の前記１次配管に設けられた流量計と、前記流量計の計測値と予め設定された定数とを入力として前記キレート剤の添加量を制御するキレート剤制御演算器と、前記キレート剤制御演算器とデータの授受を行う第１メモリとからなり、
前記アルカリ剤注入装置は、前記アルカリ剤を貯留するアルカリ剤タンクと、前記アルカリ剤タンクに貯留されたアルカリ剤を前記１次配管のスケール抑制剤注入部に供給するアルカリ剤注入配管と、前記アルカリ剤注入配管に備えられたアルカリ剤注入ポンプと、前記蒸発器より下流側の前記１次配管に第２温度計と、前記ｐＨ計と、前記ｐＨ計および前記第２温度計の計測値を入力として前記アルカリ剤の添加量を制御するｐＨ制御演算器と、前記ｐＨ制御演算器とデータの授受を行う第２メモリとからなることを特徴とする発電システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の発電システムにおいて、
前記キレート剤注入装置は、キレート剤を貯留するキレート剤タンクと、前記キレート剤タンクに貯留されたキレート剤を前記１次配管のスケール抑制剤注入部に供給するキレート剤注入配管と、前記キレート剤注入配管に備えられたキレート剤注入ポンプと、前記蒸発器より上流の前記１次配管に設けられた第１温度計、流量計と、前記アルカリ剤が注入される部位より下流側の前記１次配管に設けたｐＨ計と、
前記第１温度計、前記流量計および前記ｐＨ計の計測値と予め設定されたカルシウム濃度を入力として前記キレート剤の添加量を制御するキレート剤制御演算器と、前記キレート剤制御演算器とデータの授受を行う第１メモリとからなり、
前記アルカリ剤注入装置は、前記アルカリ剤を貯留するアルカリ剤タンクと、前記アルカリ剤タンクに貯留されたアルカリ剤を前記１次配管のスケール抑制剤注入部に供給するアルカリ剤注入配管と、前記アルカリ剤注入配管に備えられたアルカリ剤注入ポンプと、前記蒸発器より下流側の前記１次配管に第２温度計と、前記ｐＨ計と、前記ｐＨ計および前記第２温度計の計測値を入力として前記アルカリ剤の添加量を制御するｐＨ制御演算器と、前記ｐＨ制御演算器とデータの授受を行う第２メモリとからなることを特徴とする発電システム。
【請求項１３】
請求項１０に記載の発電システムにおいて、
前記キレート剤注入装置は、キレート剤を貯留するキレート剤タンクと、前記キレート剤タンクに貯留されたキレート剤を前記１次配管のスケール抑制剤注入部に供給するキレート剤注入配管と、前記キレート剤注入配管に備えられたキレート剤注入ポンプと、前記蒸発器より上流の前記１次配管に設けた第１温度計、流量計およびカルシウム濃度計と、前記アルカリ剤が注入される部位より下流側の前記１次配管にｐＨ計と、前記第１温度計、前記流量計、前記カルシウム濃度計および前記ｐＨ計の計測値を入力として前記キレート剤の添加量を制御するキレート剤制御演算器と、前記キレート剤制御演算器とデータの授受を行う第１メモリとからなり、
前記アルカリ剤注入装置は、前記アルカリ剤を貯留するアルカリ剤タンクと、前記アルカリ剤タンクに貯留されたアルカリ剤を前記１次配管のスケール抑制剤注入部に供給するアルカリ剤注入配管と、前記アルカリ剤注入配管に備えられたアルカリ剤注入ポンプと、前記蒸発器より下流側の前記１次配管に設けた第２温度計と、前記ｐＨ計と、前記ｐＨ計および前記第２温度計の計測値を入力として前記アルカリ剤の添加量を制御するｐＨ制御演算器と、前記ｐＨ制御演算器とデータの授受を行う第２メモリとからなることを特徴とする発電システム。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の発電システムにおいて、
前記アルカリ剤注入装置より下流側の前記１次配管に、混合装置を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の発電システムにおいて、
前記蒸発器より上流側の前記１次配管に気液分離器を備えることを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱熱水等におけるスケール抑制方法および、それを使用した発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱発電システムは、生産井から噴出した蒸気又は熱水を用いて発電を行った後、温度が下がった熱水を還元井に戻している。
生産井から噴出する高温の熱水は、井戸水や河川水よりもカルシウムや溶存シリカを多く含むため、炭酸カルシウムや非晶質シリカなどのスケールを析出しやすい。特に地上部や還元井では、熱水が地上部で温度降下することにより発生するシリカスケールを抑制することが課題である。
【０００３】
一般に、シリカスケールの抑制法として硫酸注入法が用いられている。硫酸注入法は、熱水のｐＨを下げることにより、シリカの重合速度を抑制し、スケール析出量を低下させている。しかし、硫酸注入法はあくまでシリカの重合速度を低下させるだけであるため、還元井内で十分に時間が経過した後にはシリカが析出すると予想されている。また、硫酸イオン濃度が上昇するため、硬石膏等のスケールが析出する可能性が高まる。また、酸によって配管等が腐食する問題点も存在する。
【０００４】
これらの課題を解決する方法として、熱水をアルカリ性にすることが挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。すなわち、非晶質シリカの溶解度は、アルカリ性になるほど高くなり、特にｐＨ８以上で急激に上昇する。そのため、高ｐＨ溶液中ではシリカスケールが発生し難くなる。さらにこの効果は、上述のシリカ重合速度を抑制する方法とは異なり、時間が経過してもシリカの析出量が増加しないので、還元井内でも持続する。さらに、生産井内でカルシウムやマグネシウムを捕捉するキレート剤を併用することで、生産井内における炭酸カルシウムや硬石膏、マグネシウム珪酸塩の析出を抑制する方法が開示されている。
【０００５】
また、従来、シリカを含有する水性系の中のコロイドシリカを可溶化後にシリカ濃度を測定するために、シリカを含有する水性サンプルを、予想した検出可能なシリカ濃度になるように希釈し、一つ又はそれ以上のキレート剤を添加し、ｐＨを１０．０以上とする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、アミノポリカルボン酸の少なくとも一種以上の水溶液に、アルカリ剤を少なくとも一種以上を添加し、ｐＨを５〜１０または５〜１３に調整してなる混合溶液を地熱発電プラントの蒸気生産井内に注入し、この蒸気生産井内に生成付着している炭酸塩スケールを溶解除去する方法が開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
また、特許文献４には、蒸気井の噴気を停止した後、蒸気井の坑井内に水を溜めることにより坑井の圧力を抑えて冷却する坑井抑圧工程と、坑井内に溜められた水の層の上にアルカリ性のキレート液を注入して該水の層の上にキレート液の層を形成するキレート液注入工程と、キレート液の層の上にさらに水を注入することにより、キレート液の層を新たに注入した水の層によって後押ししてキレート液の層を坑井内のスケール付着領域に配置する後押し工程と、該スケール付着領域にキレート液の層を配置した状態を保持することによりキレート液によってスケールを溶解する養生工程とを有する蒸気井のカルシウム系スケールを除去する方法が開示されている。
【０００７】
また、非特許文献２には、冷却水やＲＯ膜装置内の循環水などのように、温度、ｐＨともにあまり高くない水のシリカの重合を防止する方法として、各温度と各ｐＨの条件における非晶質シリカの溶解度グラフを参照して、使用機器の水温とｐＨ条件での溶解度を読み取り、この溶解度以下になるように循環水の濃縮度を制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２７７６９５号公報
【特許文献２】特公平６−９５４号公報
【特許文献３】特開昭６３−３９７００号公報
【特許文献４】特開２００９−１２５６８０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】福田大輔、地熱技術，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏｓ．１＆２（Ｓｅｒ．Ｎｏ７４）５１−５７，２００９
【非特許文献２】中島純一、山下浩、前川尚、ボイラ研究，第３５４号，４月，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献１に開示された方法は、キレート剤を生産井内に注入し、アルカリ剤を地上部において注入している。しかしながら、地熱熱水はボイラ用水などと異なり、カルシウム濃度、溶存シリカ濃度が高いため、アルカリ領域においてはカルシウムとシリカが塩を作り、カルシウム珪酸塩水和物（以下、ＣＳＨと称す）が生成する。特に上記方法においては、アルカリ剤を注入する際、注入口付近でｐＨが局所的に大きくなるため、ＣＳＨスケールが析出するという未解決の課題がある。
【００１１】
また、前述した特許文献１に記載された従来例にあっては、シリカを含有する水性サンプルのシリカ濃度を定量測定する際に、シリカを迅速、容易且つ経済的に可溶化するものである。特許文献１に記載された従来例は、高温の熱水流体がアルカリ領域でカルシウムとシリカが塩を作ってＣＳＨが生成されることを抑制する方法を開示しておらず、地下熱水におけるスケール抑制方法として適用できないものである。
【００１２】
また、前述した特許文献２に記載された従来例にあっては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム等のスケールの除去を目的としており、シリカ系のスケールの除去については示唆も開示もされていないとともに、アミノポリカルボン酸水溶液にアルカリ剤を添加した混合溶液（ｐＨ５〜１０）を洗浄剤とし、地熱発電プラントの蒸気生産を一時中止した後、混合洗浄剤注入管を蒸気生産井内のフラッシングポイント付近まで挿入して混合洗浄剤を注入する必要があり、生産井の洗浄のために蒸気生産を中止する必要があるという未解決の課題がある。
【００１３】
また、前述した特許文献３に記載された従来例にあっても、炭酸カルシウムを主成分とするスケールの除去を目的としており、シリカ系のスケールの除去については何ら示唆も開示もしていないとともに、上記特許文献２に記載された従来例のように蒸気生産を中止しないものの、熱水のフラッシング点より約５ｍ程度深い深度まで薬注管を挿入し、蒸気生産量を１／４に下げて運転しながら混合溶液を６時間注入するようにしており、蒸気生産量が格段に低下するという未解決の課題がある。
また、前述した特許文献４に記載された従来例にあっては、蒸気井の内部に付着したカルシウム系スケールを除去する方法を開示しているに過ぎず、熱水が蒸気井の温度より低くなった状態でのシリカ系のスケールの除去について何ら示唆も開示もしていない。
【００１４】
また、前述した非特許文献２に記載された従来例にあっては、冷却水系やＲＯ膜装置内の循環水などのように、温度、ｐＨともにあまり高くない水のシリカの重合を防止する方法として、循環水のシリカ濃度を、使用機器の水温とｐＨ条件での非晶質シリカの溶解度以下になるように、循環水の濃縮度を制御しており、地熱発電プラントのように水が高温であることを求められている場合は、水の濃縮度を調整するために低温の水を添加することは望ましくないため適用できないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、カルシウム及びシリカを含む熱水流体に対して、ＣＳＨを析出させずにアルカリ剤を注入してシリカの析出を抑制することができるスケール抑制方法及びこれを使用した発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るスケール抑制方法は、生産井出口より下流側の流路を通流するカルシウム及びシリカを含有した流体に前記通路に形成したスケール抑制剤注入部からキレート剤を流量制御しながら注入することにより金属イオンを不活性化する金属イオン不活性化工程と、前記金属イオン不活性化工程と同時に前記スケール抑制剤注入部から前記流体へアルカリ剤を流量制御しながら注入するアルカリ剤注入工程とを設けたことを特徴としている。
【００１６】
ここで、キレート剤とは、金属イオンと配位結合をするカルボキシル基やアミノ基などの官能基を複数持つ分子のことであり、キレート剤は、強固に金属イオンと錯体を形成して、金属イオンを不活性化させるものである。生産井出口より下流側の流路を通流するカルシウム及びシリカを含有した熱水流体は、生産井出口以降温度が低下するとスケールが生じる。この方法によると、熱水流体中の金属イオン、特にカルシウムイオンをキレート剤により不活性化することで、カルシウムとシリカの結合を阻害し、カルシウム珪酸塩水和物（ＣＳＨ）が析出することを抑制できる。
【００１７】
すなわち、図１９に示すように、カルシウムイオン及びシリカを含む熱水流体に対して、金属イオン不活性化工程と同時あるいは図２１に示すように金属イオン不活性化工程の直後にアルカリ剤注入工程を行う。両行程を行うことにより、全カルシウムイオンに対して、不活性になっているカルシウムイオンの割合が多い熱水流体中にアルカリ剤を注入することになる。カルシウムイオンが十分に不活性になっているため、注入口で局所的に高ｐＨとなってもＣＳＨの析出が抑制され、結果として非晶質シリカ、ＣＳＨの析出を共に抑制することが可能となる。
これに対して、前述した非特許文献１に記載された従来例の場合は、生産井内にキレート剤を注入し、地上部でアルカリ剤を注入していた。この場合、図２０に示すように、アルカリ剤注入部付近では局所的にｐＨが高くなり、かつ不活性化されていないカルシウムが多く存在するため、ＣＳＨが析出する。
【００１８】
上述したアルカリ注入工程は、溶存シリカ濃度に応じてアルカリ注入量を変更し、生産井出口より下流側の流路における流体の飽和非晶質シリカ濃度とシリカ濃度とが同じになるｐＨ値以上に設定することが好ましい。具体的には、２５℃のｐＨで８以上にすることが望ましい。より望ましくは、２５℃換算のｐＨ値としてｐＨ９．７以上になるようにアルカリ剤を注入することとしてもよい。非晶質シリカは２５℃のｐＨで８以上にすると急激に溶解度が上昇する。一方、ＣＳＨはｐＨが低いほど溶解度が高い。そのため、溶存シリカが溶解したままでいるのに最低限必要な量のアルカリ剤を注入することで、アルカリ剤の使用量を抑えつつ、ＣＳＨの抑制に必要なキレート剤の使用量も抑えることができ、経済的な運転が可能となる。
【００１９】
上述した金属イオン不活性化工程は、カルシウム濃度に応じてキレート剤注入量を変更することが望ましい。この金属イオン不活性化工程のキレート剤注入流量は、流体の流量，カルシウム濃度，飽和カルシウム濃度，キレート剤濃縮液のキレート剤濃度に基づいてキレート剤注入流量を計算することが望ましい。具体的には、前記流体のカルシウム濃度からカルシウム珪酸塩水和物の溶解度に対して飽和となる飽和カルシウム濃度を引いた値である過飽和カルシウム濃度を、比例定数およびキレート剤濃縮液のキレート剤濃度で割った値に前記流体の流量をかけた値以上にすることが好ましい。ここで、カルシウム濃度はカルシウム濃度計で計測したり、カルシウム濃度の変動が少ない場合には予め設定したカルシウム濃度を使用したりするようにしてもよい。なお、流体のカルシウム濃度、温度、ｐＨの変動が十分小さい場合には、流体の流量と予め定められた定数とに基づいてキレート剤注入量を計算することができる。ＣＳＨが溶解したままでいるのに最低限必要な量のキレート剤を注入することで、キレート剤の使用量を抑えることができ、経済的な運転が可能となる。
【００２０】
上述した金属イオン不活性化工程は、熱水流体を分流する熱水流体分流工程と、熱水流体分流工程で分流された熱水流体にキレート剤を注入するキレート剤注入工程とからなることが好ましい。すなわち、図２１に示すように、熱水流体分流工程で分流された熱水流体にキレート剤を注入することで、全カルシウムイオンに対する、不活性なカルシウムイオンの割合を、より高くした状態でアルカリ剤を注入することが可能となる。そのため、アルカリ剤注入口付近で局所的に高ｐＨとなっても、ＣＳＨの析出が抑制される。その際、ＣＳＨの抑制能を向上させること、さらにはキレート剤の注入量を少なくしてＣＳＨを抑制することが可能となる。
【００２１】
本発明の他の形態に係る発電システムは、上述したスケール抑制方法により、還元熱水のスケールを抑制する。還元熱水からの非晶質シリカ、ＣＳＨの析出を共に抑制することで、配管や還元井内でのスケール析出を防ぐことができ、メンテナンス回数や還元井の浚渫回数を低減し、経済的に発電を行うことが可能となる。
発電システムの発電を、スケール抑制方法を用いた地熱熱水を熱源とするバイナリー発電とすることが好ましい。この場合には、地熱熱水からの非晶質シリカ、ＣＳＨの析出を共に抑制することで、地熱熱水から熱回収をして温度を降下させても、熱交換器、配管、還元井内でのスケール析出を防ぐことができる。そのため、熱交換器の洗浄回数や還元井の浚渫回数を低減し、経済的にバイナリー発電を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のスケール抑制方法によれば、カルシウム及びシリカを含む流体に対して、カルシウム珪酸塩水和物（ＣＳＨ）を析出させずにアルカリ剤を注入してシリカの析出を抑制することができるという効果が得られる。
また、上記スケール抑制方法を使用して地熱熱水のスケール発生を抑制する発電システムを構成することにより、配管や還元井内でのスケール析出を防ぐことができ、メンテナンス回数や還元井の浚渫回数を低減し、経済的に発電を行うことが可能となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるスケール抑制方法を用いたバイナリー発電の地熱発電システムを示す系統図である。
【図２】各温度における熱水の２５℃換算ｐＨと飽和非晶質シリカ濃度の関係図である。
【図３】スケール抑制効果の確認試験設備を示す系統図である。
【図４】スケール析出状態を示す写真であって、左側はテストピースにおけるスケール析出状態を示し、右側はスタティックミキサ付近におけるスケール析出状態を示す。
【図５】スケールの付着状況を示す写真である。
【図６】スケール付着状況を示す写真であって、左側は試験７におけるテストピースに付着したスケール付着状況を示し、右側は試験８におけるテストピースに付着したスケール付着状況を示す。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるスケール抑制方法を用いたバイナリー発電の地熱発電システムの変形例を示す系統図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるスケール抑制方法を用いたバイナリー発電の地熱発電システムの他の変形例を示す系統図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるスケール抑制方法を用いたバイナリー発電の地熱発電システムを示す系統図である。
【図１０】ｐＨ制御演算器で実行するｐＨ制御演算処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】キレート剤制御演算器で実行するキレート剤制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態の変形例を示す系統図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の他の変形例を示す系統図である。
【図１４】図１３の変形例で実行するキレート剤制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第３の実施形態を示す地熱発電システムの系統図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態を示す地熱発電システムの系統図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態を示す地熱発電システムの系統図である。
【図１８】第５の実施形態におけるアルカリ性キレート剤制御演算器で実行するアルカリ性キレート剤制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１９】キレート剤とアルカリ剤を同時に注入する方法における、アルカリ剤注入口付近の模式図である。
【図２０】生産井でキレート剤を注入する従来の方法における、アルカリ剤注入口付近の模式図である。
【図２１】分流工程で分流された流体にキレート剤、アルカリ剤を注入する方法における、アルカリ剤注入口付近の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態の例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示すスケール抑制方法を適用した地熱発電システムのミニプラントを示す系統図である。上述の流体は、本実施例において地熱熱水である。図中、１は、地中から地熱熱水を取り出す生産井であって、この生産井１に流量調節弁２を介して１次配管３の一端が接続されている。
この１次配管３の他端は、熱交換器（蒸発器）４を介して還元井５に接続されている。この熱交換器４は、水より低沸点媒体であるペンタンと熱交換を行うケトル型のチューブアンドシェル熱交換器が望ましく、チューブアンドシェル熱交換器のチューブ側に１次配管３、シェル側に２次配管がそれぞれ接続されている。
熱交換器４に流入する地熱熱水は、低沸点媒体と熱交換されて、熱交換器チューブ側入口温度１３０℃から熱交換器チューブ側出口温度１０５℃に低下した後、還元井５を通って地中に戻される。
【００２５】
一方、熱交換器４のシェル側には地熱熱水に対して４分の１の質量流量のペンタンが通流されている。地熱熱水との熱交換によってシェル内で蒸発したペンタンは、２次配管に接続された衝動式背圧タービン６に供給され、タービンを回転させる。タービン６に連結された三相同期発電機７は、タービンの回転力を電力に変換する。この三相同期発電機７からの出力は、ペンタン１ｋｇ／ｓ当たり、４０ｋｗ、地熱熱水１ｋｇ／ｓ当たり１０ｋｗとなるように設計した。
タービン６から回収されるペンタンは、２次配管を通流して凝縮器８に供給される。凝縮器８としては、空冷式フィンクーラーが好ましい。凝縮器８で冷却されて凝縮したペンタンは、凝縮器８の出口において４５℃となる。凝縮器８を出たペンタンは、遠心式ポンプ９によって加圧されて熱交換器４へと向かい、再度加熱、蒸発し、ランキンサイクルを構成する。
【００２６】
一方、１次配管３の流量調節弁２と熱交換器４との間には、キレート剤及びアルカリ剤を同時に注入するスケール抑制剤注入部１０が形成される。このスケール抑制剤注入部１０にはスケール抑制剤注入ライン１１を介して水酸化ナトリウム溶液タンク１２に貯留されたアルカリ剤としての水酸化ナトリウム水溶液がアルカリ剤注入ポンプ１３を介して供給される。これと同時に、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）の四ナトリウム塩四水和物の水溶液を貯留したＥＤＴＡ溶液タンク１４からキレート剤注入ポンプ１５を介して、ＥＤＴＡ溶液がスケール抑制剤注入口１０に供給される。このため、スケール抑制剤注入口１０で水酸化ナトリウム溶液とＥＤＴＡ溶液とが同時に１次配管３中の地熱熱水に注入される。
【００２７】
ここで、地熱熱水としては、次に示すような性状のものを用いた。但し、熱水性状は、時間による変動があるため概数として記す。温度は１３０℃、ｐＨは９、カルシウム（Ｃａ）濃度は、１０ｐｐｍ、溶存シリカ濃度は６００ｐｐｍであり、その他、Ｃｌ、ＳＯ4、Ｎａなど多くのイオンを含んでいる。
アルカリ剤の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、アンモニア、有機アミン類からなる群から１つまたは複数を溶質とする水溶液を用いることが可能であるが、これらに限定されるものではなく、非晶質シリカを溶解できるものであればよい。
【００２８】
さらに、キレート剤は、金属イオンと配位結合をするカルボキシル基やアミノ基などの官能基を複数持つ分子のことであり、キレート剤は、強固に金属イオンと錯体を形成して、金属イオンを不活性化させるものである。このキレート剤の例としては、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ（ニトリロ三酢酸）、ＨＩＤＳ（３−ヒドロキシ−２，２’−イミノジコハク酸）、カルボキシメチルエチレンイミン、クエン酸、酒石酸、およびそれらの各種ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、水和物などの水溶液を用いることができるが、これらに限定されるものではなく、金属イオン、特にカルシウムイオンを不活性化できるものであればよい。
【００２９】
このように、本実施形態では、１次配管３における熱交換器４の入側でアルカリ剤としての水酸化ナトリウム溶液とキレート剤としてのＥＤＴＡ溶液とを同時にスケール抑制剤注入口１０に供給して地熱熱水中に同時に注入する。このため、前述した図１６に模式的に示すように、スケール抑制剤注入口１０の近傍において、地熱熱水流体中に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ）２１の大部分をキレート剤としてのＥＤＴＡ溶液２２によって不活性化して不活性カルシウムイオン２３とすることができ、不活性化されなかった遊離カルシウムイオンの濃度が低くなった地熱熱水中に、アルカリ剤としての水酸化ナトリウム２４を注入することになる。このとき、遊離カルシウムイオン濃度が飽和カルシウムイオン濃度より低くなっているため、スケール抑制剤注入口１０で局所的に高ｐＨとなる高ｐＨ領域２５が発生してもカルシウム珪酸塩水和物（以下、ＣＳＨと称す）の析出が抑制され、結果として非晶質シリカ、ＣＳＨの析出を共に抑制することが可能となる。
【００３０】
図２に各温度における熱水の２５℃換算ｐＨと飽和非晶質シリカ濃度の関係図を示す。生産井出口の熱水が、１３０℃、溶存シリカ濃度６００ｍｇ／Ｌとすると、１０５℃で飽和非晶質シリカ濃度６００ｍｇ／Ｌとなる２５℃換算ｐＨは、９．７である。したがって、ｐＨを９．７以上にすれば、飽和非晶質シリカ濃度をシリカ濃度以上にすることができる。
上記の通りバイナリー発電のミニプラントを構成し、スケール抑制剤としてのキレート剤及びアルカリ剤の実験条件を後述する表１における条件６に設定して、1ヶ月間の運転を行った。実験条件６は、アルカリ条件が２５℃換算でｐＨが１０．０で且つアルカリ剤タンクにおけるアルカリ剤濃度が１４質量百分率（％）であり、熱水に混合後のキレート剤条件がＥＤＴＡ：Ｃａ＝１：１．６（モル比）で且つキレート剤タンクにおけるキレート剤濃度が４．７質量百分率（％）である。
【００３１】
熱水性状を元に化学平衡シミュレーションを行った結果、サイクロンセパレータ直後の１３０℃の熱水は、既にシリカが過飽和な状態であると計算されたため、スケールの発生を抑制する対策をしなければシリカスケールが析出することが予測された。さらに、熱交換器４で熱水の温度が１０５℃にまで低下すると、シリカの過飽和度はさらに高まると予測された。そのため、スケールの発生を抑制する対策をしない場合、スケールが１次配管、熱交換器４のチューブおよび還元井内で析出すると予想された。
【００３２】
そこで、上記スケール抑制方法を適用して試験を行ったところ、熱交換器４のチューブにスケールの析出は見られず、非晶質シリカ、ＣＳＨの析出を共に抑制できた。
したがって、上記スケール抑制方法を適用すれば、熱交換器の洗浄回数や還元井の浚渫回数を低減でき、経済的にバイナリー発電を行うことが可能となった。
この第１の実施形態における効果を比較検証するために、図３に示す複数のラインを備えたミニプラントを製作した。このミニプラントに地熱熱水を通水し、各ライン内の各テストピース３３に付着したスケール量を比較することで、スケール抑制効果を検証した。
【００３３】
ミニプラントは、１次配管３から地熱熱水を取り出して、１０本の試験ラインＬ１〜Ｌ１０に同一流量となるように分岐させている。各試験ラインＬ１〜Ｌ１０には、スケール抑制剤タンク内におけるアルカリ剤とキレート剤が表１に示した濃度となるように、スケール抑制剤タンクＴ１〜Ｔ１０内で混合し、アルカリ剤とキレート剤とが混合されたスケール抑制剤をスケール抑制剤注入ポンプ１７によって試験ラインＬ１〜Ｌ１０における長手方向における同一箇所のスケール抑制剤注入部３１から注入した。
【００３４】
各試験ラインＬ１〜Ｌ１０のスケール抑制剤注入部３１の下流側にはそれぞれスタティックミキサ３２が配設され、これらスタティックミキサ３２で地熱熱水とスケール抑制剤とを混合する。そして、各スタティックミキサ３２の下流側に、それぞれテストピース３３を配設し、各テストピース３３を通過した地熱熱水を排液ピット３４に貯留する。
ここで、地熱熱水としては、前述した第１の実施形態と同様の性状のものを用いた。但し熱水性状は、時間による変動があるため概数として記す。温度は１３０℃、ｐＨは９、カルシウム（Ｃａ）濃度は１０ｐｐｍ、溶存シリカ濃度は６００ｐｐｍであり、その他に塩化物イオン、硫酸イオン、Ｎａイオンなどの多くのイオンを含んでいる。
【００３５】
スケール抑制剤は、アルカリ剤として水酸化ナトリウムを、キレート剤としてＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）四ナトリウム塩四水和物を用いた。
アルカリ剤とキレート剤は表１に示した各条件の濃度となるように、薬剤タンク内で混合し、両者を同一箇所から注入した。薬剤注入流量は１０ｍｌ／ｍｉｎとなるように、アルカリ剤、キレート剤の濃度を調整した。
表１に、各スケール抑制方法における薬剤の注入条件を示す。なお、表１に記載のアルカリ剤濃度とキレート剤濃度は、スケール抑制剤タンクＴ１〜Ｔ１０での濃度である。ここで、キレート剤の注入量は、溶存カルシウムのモル濃度と、カルシウム珪酸塩水和物の溶解度に対して飽和となるカルシウムのモル濃度との差以上となるモル濃度となるような注入量に設定されている。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
各テストピース３３は、内面の粗度がほぼ等しい1インチの配管を用いた。それぞれの試験は地熱熱水の流量を７Ｌ／ｍｉｎ、温度を１３０℃にした。各テストピース３３内に付着したスケール量の測定、あるいはスタティックミキサ３２や配管内に付着したスケールの観察により、スケール抑制効果を評価した。
表２に、各試験における薬剤の注入条件、通水時間、テストピースに付着したスケール量、スケール種を示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
試験１はスケール抑制剤を注入していない試験であり、２５℃のｐＨで約９である。この性状ではシリカが過飽和となっており、かつアルカリ性でありシリカの重合速度が大きいため、テストピース３３上に非晶質シリカが析出した。
試験２及び３は非晶質シリカを抑制するために、ｐＨが９．５及び１０．０になるまでアルカリ剤を注入した試験である。この性状ではシリカは全量溶解しているため、非晶質シリカは析出しなかった。しかし、アルカリ剤を注入したことでＣＳＨが過飽和となり、テストピース３３上へ析出が見られた。試験３のスケール析出の様子を観察した結果を図４に示す。図４の左側は、テストピース３３、右側は、スタティックミキサ３２付近の写真である。この写真から明らかなように、テストピース３３及びスタティックミキサ３２の両者に付着したスケール量を比較すると、明らかにスタティックミキサ３２付近のスケール量が多いことが分かる。これは、スタティックミキサ３２はアルカリ剤注入の直後に配置されており、この場所では、表１で示したアルカリ剤注入後の熱水のアルカリ条件よりも部分的にｐＨが高くなり、ＣＳＨの溶解度が急激に減少したためであると推測された。
【００４０】
試験４〜６はキレート剤の効果を確認した試験である。試験開始２４時間後にテストピース３３より後段における配管の一部を取り出し、スケール析出の様子を観察した結果を図５に示す。試験４では試験１と同じく非晶質シリカが、試験５では試験２と同じくＣＳＨが析出したのに対し、試験６ではキレート剤を注入することにより、非晶質シリカ、ＣＳＨの両者の析出が無くなったことが確認された。
【００４１】
試験７〜１０はアルカリ剤を混合後の熱水のｐＨが１０．０になる量のアルカリ剤と、各条件のキレート剤を熱水に加えた試験である。スケール析出量が最も多い場所であるスタティックミキサ３２上で、スケール析出の様子を観察した。試験７と８における各スタティックミキサ３２に付着したスケールの様子を図６に示す。図６の左側の写真は、試験７の結果であり、スケールが明瞭に付着していた。図６の右側の写真は、試験８の結果であり、スケールがわずかに付着していた。試験８〜１０では、キレート剤がカルシウムを捕捉することで、ＣＳＨの析出が抑制され、結果として、非晶質シリカ、ＣＳＨ共に抑制できることが確認された。なお、析出量が少ないため、スケール量、スケール種は測定および同定することが困難であった。
【００４２】
以上、ミニプラントによる試験結果から、カルシウム及びシリカを含む熱水流体に、アルカリ剤とキレート剤を同時に注入することで、非晶質シリカ、ＣＳＨ共に抑制することが可能であることが確認された。
なお、上記第１の実施形態においては、生産井１から供給される地熱熱水を１次配管３を介して熱交換器４に供給した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、生産井１から噴出した気液二相流を気液分離器（具体例としては、サイクロンセパレータ）６９で液体から気体を分離した後、液相側の熱水流体を１次配管３を介して熱交換器４に供給するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記第１の実施形態においては、スケール抑制剤注入部１０で、キレート剤及びアルカリ剤を同時に注入する場合について説明したが、これに限らず、図８に示すようにスケール抑制剤注入部１０の直後に混合装置７０を配置してキレート剤及びアルカリ剤と地熱熱水とを混合するようにしてもよい。この場合には、キレート剤及びアルカリ剤と地熱熱水との混合を確実に行って、非晶質シリカ、ＣＳＨの析出を共に確実に抑制することが可能となる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態を図９〜図１１について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態の構成において、水酸化ナトリウム溶液注入量をｐＨ検出値及び地熱熱水の熱交換器出口温度に基づいて制御し、ＥＤＴＡ注入量を地熱熱水のスケール抑制剤注入部１０より上流側の温度、流量、カルシウム濃度及びスケール抑制剤注入部１０より下流側のｐＨに基づいて制御するようにしたものである。
【００４５】
すなわち、第２の実施形態においては、地熱熱水を熱源とするバイナリー発電の熱水配管にアルカリ剤とキレート剤を同時に注入するスケール抑制方法を適用したミニプラントを設置し、スケール抑制効果を検証した。バイナリー発電に用いる地熱熱水は、予めサンプルを採取し、カルシウム濃度、シリカ濃度、温度、ｐＨ、固形物濃度などの各種性状を測定し、前述した第１の実施形態で用いた熱水とほぼ同じであることを確認した。熱水流量は約５０Ｌ／ｍｉｎとなるように生産井１から取り出した。但し、熱水の流量は、最大±１０％程度増減した。また、還元井の深度に相当する貯留層温度を予め測定した。スケール抑制剤として用いたキレート剤及びアルカリ剤は、上記第１の実施形態の表１条件番号５と同一条件にした。
【００４６】
バイナリー発電の系統図を図９に示す。１次配管３上に温度計５１、５２、流量計５３、カルシウム濃度計５４、ｐＨ計５５を備えた。但し、温度計５１、流量計５３、カルシウム濃度計５４は、スケール抑制剤注入部１０より上流側、ｐＨ計５５はスケール抑制剤注入部１０と熱交換器４との間、温度計５２は熱交換器４より下流側の１次配管３上に備えた。
そして、アルカリ剤注入ポンプ１３はｐＨ制御演算器６１で制御されるとともに、キレート剤注入ポンプ１５はキレート剤制御演算器６２で制御した。
ここで、ｐＨ制御演算器６１は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置を含んで構成されている。ｐＨ制御演算器６１は、ｐＨ計５５及び温度計５２から検出信号が入力され、これら入力信号に基づいてスケール抑制剤注入部１０の下流側のｐＨが設定値となるように制御した。
【００４７】
すなわち、ｐＨ制御演算器６１は図１０に示すｐＨ制御処理を実行し、先ず、ステップＳ１で温度計５２の温度検出値Ｔ２及びｐＨ計５５のｐＨ検出値ｐＨｄを読込み、次いでステップＳ２に移行して、温度検出値Ｔ２に基づいて予め測定していた溶存シリカ濃度が非晶質シリカの溶解度に対して飽和となるｐＨ目標値ｐＨ*を算出する。ここで、非晶質シリカの溶解度は予め測定した熱水性状を考慮した化学平衡シミュレータによって計算しておき、非晶質シリカの溶解度が溶存シリカ濃度と等しくなるようなｐＨ目標値ｐＨ*を温度の関数式として算出し、この関数式をｐＨ制御演算器６１内の第２メモリ６１ａに記憶させておき、温度検出値Ｔ２を関数式に代入することにより、必要なｐＨ目標値ｐＨ*を算出する。関数式を第２メモリ６１ａに記憶させる代わりに、各温度、各ｐＨにおける関数式の各計算結果（ｐＨ目標値ｐＨ*）を格納した２次元の表を第２メモリ６１ａに記憶させておき、この２次元の表から温度検出値Ｔ２およびｐＨ検出値ｐＨｄにおける計算結果（ｐＨ目標値ｐＨ*）を読み出しても良い。
【００４８】
次いで、ステップＳ３に移行して、ステップＳ２で算出したｐＨ目標値ｐＨ*からｐＨ検出値ｐＨｄを減算したｐＨ偏差ΔｐＨを算出し、次いでステップＳ４に移行して、算出したｐＨ偏差ΔｐＨに例えばＰＩＤ演算処理を行ってアルカリ剤注入ポンプ１３の吐出流量Ｆａを算出し、次いでステップＳ５に移行して算出した吐出流量Ｆａとなるようにアルカリ剤注入ポンプ１３を駆動制御してから前記ステップＳ１に戻る。
また、キレート剤制御演算器６２は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置を含んで構成され、温度計５１の温度検出値Ｔ１、流量計５３の熱水流量Ｆw、カルシウム（Ｃａ）濃度計５４のカルシウム濃度Ｃca、ｐＨ計５５のｐＨ検出値ｐＨｄが入力され、これらに基づいてスケール抑制剤注入部１０に供給するＥＤＴＡ溶液量を制御する。
【００４９】
すなわち、キレート剤制御演算器６２は、図１１に示すキレート剤制御処理を実行する。このキレート剤制御処理では、先ず、ステップＳ１１で、各検出値を読込み、次いでステップＳ１２に移行して、温度検出値Ｔ１及びｐＨ検出値ｐＨｄに基づいてＣＳＨの溶解度に対して飽和となる飽和カルシウム濃度Ｃsatを算出する。ここで、ＣＳＨの溶解度は、予め測定した熱水性状を考慮した化学平衡シミュレーションによって計算して、飽和カルシウム濃度Ｃsatを温度検出値Ｔ１とｐＨ検出値ｐＨｄとの関数式として算出し、算出した関数式をキレート剤制御演算器６２の第１メモリ６２ａに記憶しておき、この関数式に温度検出値Ｔ１とｐＨ検出値ｐＨｄとを代入することにより、飽和カルシウム濃度Ｃsatを算出する。関数式を第１メモリ６２ａに記憶させる代わりに、各温度、各ｐＨにおける関数式の各計算結果（飽和カルシウム濃度Ｃsat）を格納した２次元の表を第１メモリ６２ａに記憶させておき、この２次元の表から温度検出値Ｔ２およびｐＨ検出値ｐＨｄにおける計算結果（飽和カルシウム濃度Ｃsat）を読み出しても良い。
【００５０】
次いで、ステップＳ１３に移行して、キレート剤注入流量Ｆchを算出する。
このキレート剤注入流量Ｆchの算出は、流量計５３によって測定された熱水流量Ｆw、カルシウム濃度計５４によって測定されたカルシウム濃度Ｃcaに対して、ＥＤＴＡで補足すべきカルシウム量は、（Ｃca−Ｃsat）Ｆwと表される。ここで、（Ｃca−Ｃsat）は過飽和カルシウム濃度を表す。
一方、キレート剤注入流量Ｆch、ＥＤＴＡ溶液タンク内のＥＤＴＡ濃度Ｃchに対して、ＥＤＴＡが捕捉するカルシウム量はαＣchＦchと表される。但し、αはＥＤＴＡがカルシウムを捕捉する割合や、その他の安全係数を含めた比例定数で、予め地熱熱水を用いたミニプラント試験によって決定される。
【００５１】
以上より、キレート剤注入流量Ｆchは次の（１）式に従って算出される。
αＣchＦch＝（Ｃca−Ｃsat）Ｆw
∴Ｆch＝｛（Ｃca−Ｃsat）／αＣch｝Ｆw
＝Ａ×Ｆw      …………（１）
次いで、ステップＳ１４に移行して、算出されたキレート剤注入流量Ｆchとなるように、キレート剤注入ポンプ１５を駆動制御して、前記ステップＳ１１に戻る。
上記の制御を行い、１次配管３に熱水を２１０分通水したところ、１次配管の熱水の平均流量４８．３Ｌ／ｍｉｎに対して、キレート剤の注入量は平均６９ｍｌ／ｍｉｎであった。
【００５２】
また、制御の効果を評価するために、温度計５２よりも下流側から熱水を約５０ｍｌ／ｍｉｎで分流し、孔径１μｍのメンブレンフィルタを備えたフィルタハウジングに通水した。濾過した熱水が１０Ｌとなったところで、フィルタハウジングへの通水を停止した。濾過したメンブレンフィルタは乾燥させ、濾過前の重量との差から析出したスケール量を見積もった。実験の結果、メンブレンフィルタは、２．０ｍｇ増加した。これは、生産井１出口付近の熱水から採取した熱水の固形物濃度０．２ｍｇ／Ｌと一致した。従って、スケールとして新たに析出した固形物はほとんど無く、メンブレンフィルタの重量増加は熱水に元々含まれている固形物重量に相当すると判断した。
【００５３】
上記の結果から、第２の実施形態においては、スケール抑制剤によって非晶質シリカ、ＣＳＨの析出がほぼ完全に抑制されたと考えられる。
この第２の実施形態によると、アルカリ剤の注入量を溶存シリカ濃度が非晶質シリカの溶解度に対して飽和となるｐＨ以上となるように制御するので、溶存シリカが溶解したままでいるのに最低限必要な量のアルカリ剤を注入することができ、アルカリ剤の使用量を抑えつつ、ＣＳＨの抑制に必要なキレート剤の使用量も抑えることができ、経済的な運転が可能となる。
【００５４】
また、カルシウム濃度に応じてキレート剤注入量を変更するので、ＣＳＨが溶解したままでいるのに最低限必要な量のキレート剤を注入することで、キレート剤の使用量を抑えることができ、経済的な運転が可能となる。
なお、上記第２の実施形態において、カルシウム濃度Ｃcaの変動が十分小さい場合には、図１２に示すように、カルシウム濃度計５４を省略し、これに代えて第２のメモリ６２ａに、予め計測したカルシウム濃度Ｃcaを記憶しておき、この第１メモリ６２ａに記憶されたカルシウム濃度Ｃcaを前述した図１１のキレート剤制御処理のステップＳ１１で読込むようにすればよい。
【００５５】
また、第２の実施形態において、カルシウム濃度Ｃca、温度Ｔ１、ｐＨの変動が十分小さい場合には、前述した（１）式における熱水流量Ｆwの係数Ａを定数として制御することが可能であった。この定数はキレート剤注入流量Ｆchと熱水流量Ｆwを体積流量で表し、Ｃchを２．４ｗｔ％としたとき１．４３×１０-3であった。この場合には、図１３に示すように、第１の温度計５１、カルシウム濃度計５４を省略するとともに、ｐＨ計５５のキレート剤制御演算器６２への入力を省略し、これに代えて、第１メモリ６２ａに、上記定数Ａを記憶しておき、さらにキレート剤制御処理を図１４に示すように、ステップＳ１１′で、流体の流量Ｆwを流量計５３から読込むとともに、第１メモリ６２ａから定数Ａを読込み、次いでステップＳ１２′で定数Ａおよび流量Ｆwに基づいて前記（１）式の演算を行ってキレート剤注入流量Ｆchを算出し、次いでステップＳ１３′に移行して算出したキレート剤注入量Ｇchに基づいてキレート剤注入ポンプ１５を制御するようにすればよい。
【００５６】
［比較例１］
上記第２の実施形態において、熱水流量Ｆwの変動によるキレート剤注入流量Ｆchの制御を行わず、６９ｍｌ／ｍｉｎの一定流量でキレート剤を注入した。それ以外は実施例１と同様の操作を行ったところ、温度計５２よりも下流側の熱水をメンブレンフィルタに１０Ｌ通水した後のメンブレンフィルタの乾燥重量の増加は、２６ｍｇであった。
熱水の平均流量と通水時間は、上述した第２の実施形態と同じであったが、実際には流動変動があるため、熱水流量が４８．３Ｌ／ｍｉｎよりも少ない時間帯では、熱水中のキレート剤濃度が想定した濃度よりも高くなり、一方、熱水流量が４８．３Ｌ／ｍｉｎよりも多い時間帯では、熱水中のキレート剤濃度が想定した濃度よりも低くなったため、スケールが発生し、固形物濃度が増加したと考えられる。なお、熱水流量が４８．３Ｌ／ｍｉｎ以上となっている時間帯は合計１１０分で、そのときの平均流量は４９．５Ｌ／ｍｉｎであった。
なお、上記第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態における図７及び図８と同様に、気水分離器６９を設けたり、混合装置７０を設けたりすることができる。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施形態を図１５について説明する。
この第３の実施形態では、図１５のように、カルシウム濃度計５４'をスケール抑制剤注入部１０と熱交換器４の間に設置した。その際、カルシウム濃度計５４’は、ＥＤＴＡにより捕捉されていない遊離カルシウム濃度Ｃca’を測定する。
この第３の実施形態では、ＥＤＴＡにより補足されていない遊離カルシウム濃度Ｃca’を直接測定することができるので、キレート制御演算器６２で実行する前述した図１１のキレート剤制御処理を省略し、これに代えて、キレート制御演算器６２に、例えば遊離カルシウム濃度Ｃca’の目標値を“０”とし、この目標値と計測した遊離カルシウム濃度Ｃca’との偏差をＰＩ制御器またはＰＩＤ制御器に入力してキレート剤注入流量Ｆchに対応した操作量を算出し、算出した操作量に基づいてキレート剤注入ポンプ１５を制御するフィードバック回路を構成するようにすれば良い。
【００５８】
なお、第３の実施形態におけるカルシウム濃度計５４’の代替として全カルシウム濃度計を用い、添加しているＥＤＴＡ濃度に対応してキレートされるカルシウム濃度を別途算出し、全カルシウム濃度からＥＤＴＡでキレートされたカルシウム濃度を引いた値を遊離カルシウム濃度Ｃca’として制御装置に入力し、アルカリ剤注入ポンプ１３とキレート剤注入ポンプ１５を制御してもよい。
この第３の実施形態では、カルシウム濃度計５４で、ＥＤＴＡで捕捉されていない遊離カルシウム濃度を直接測定することが可能なため、キレート剤注入ポンプ１５から注入されるキレート剤量が設定値と異なった場合にもフィードバック制御をすることが可能となる。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態を図１６について説明する。
この第４の実施形態では、アルカリ剤とキレート剤とを同時に注入する場合代えて、図１６に示すように、１次配管３のカルシウム濃度計５４の下流側にＥＤＴＡ溶液タンク１４からキレート剤注入ポンプ１５を介してＥＤＴＡ溶液が供給されるキレート剤注入部１０ａを形成するとともに、このキレート剤注入部１０ａの下流側に、水酸化ナトリウム溶液タンク１２に貯留されたアルカリ剤としての水酸化ナトリウム水溶液がアルカリ剤注入ポンプ１３を介して供給されるアルカリ剤注入部１０ｂを形成するようにしてもよい。この場合に、図２１に示すように、１次配管３内に、注入するキレート剤の注入量によって不活性化が可能なカルシウムイオン量に対応する流量を分流する分流部７１を形成し、この分流部７１で分流された地熱熱水に対してキレート剤７２を注入するキレート剤注入部１０ａを形成し、このキレート剤注入部１０ａの下流側にアルカリ剤７４を注入するアルカリ剤注入部１０ｂを設けるようにすることが好ましい。この場合には、分流された地熱熱水に含まれるカルシウムイオンをキレート剤によって全て不活性化された状態で、アルカリ剤７４が注入されるので、全カルシウムイオンに対する、不活性なカルシウムイオンの割合を、より高くした状態でアルカリ剤を注入することが可能となる。そのため、アルカリ剤注入部７５付近で局所的に高ｐＨとなっても、ＣＳＨの析出が抑制される。その際、ＣＳＨの抑制能を向上させること、さらにはキレート剤の注入量を少なくしてＣＳＨを抑制することが可能となる。
【００６０】
なお、上記第４の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、前述した第１の実施形態における図７及び図８と同様に、気水分離器６９を設けたり、混合装置７０を設けたりすることができる。
また、上記第４の実施形態においても、前述した第２の実施形態と同様にカルシウム濃度の変動が十分少ない場合には、カルシウム濃度計５４を省略して、第３メモリ６３ａに予め計測したカルシウム濃度Ｃcaを記憶しておくようにしてもよく、さらに温度、カルシウム濃度及びｐＨの変動が十分に小さい場合には、第１の温度計５１、カルシウム濃度計５４を省略し、これに代えて第３メモリ６３ａに前述した（１）式の定数Ａを記憶しておけばよい。
【００６１】
次に、本発明の第５の実施形態を図１７及び図１８について説明する。
この第５の実施形態では、キレート剤とアルカリ剤とを個別のタンク１２，１４に貯留して、個別のポンプ１３，１５でスケール抑制剤注入部１０に供給する場合に代えて、図１７及び図１８に示すように、キレート剤としてアルカリ性キレート剤を適用し、このアルカリ性キレート剤をアルカリ性キレート剤タンク１８に貯留し、このアルカリ性キレート剤タンク１８に貯留されたアルカリ性キレート剤をアルカリ性キレート剤ポンプ１９によってスケール抑制剤注入部１０に供給するようにしている。
【００６２】
ここで、アルカリ性キレート剤ポンプ１９の吐出流量をアルカリ性キレート剤制御演算器６３によって制御する。このアルカリ性キレート剤制御演算器６３は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成され、第１温度計５１、第２温度計５２、流量計５３、カルシウム濃度計５４及びｐＨ計５５の各検出値が入力され、これら検出値に基づいて図１８に示すアルカリ性キレート剤制御処理を実行する。このアルカリ性キレート剤制御処理は、先ず、ステップＳ２１で第１温度計５１の温度Ｔ１、第２温度計５２の温度Ｔ２、流量計５３の流量Ｆｗ、カルシウム濃度計５４のカルシウム濃度Ｃｃａ及びｐＨ計５５のｐＨ検出値ｐＨｄを読込み、次いでステップＳ２２に移行して、前述した第２の実施形態における図１１のステップＳ１２と同様に温度検出値Ｔ１及びｐＨ検出値ｐＨｄに基づいてＣＳＨの溶解度に対して飽和となるカルシウム濃度Ｃsatを算出する。ここで、ＣＳＨの溶解度は、予め測定した熱水性状を考慮した化学平衡シミュレーションによって計算して、飽和カルシウム濃度Ｃsatを温度検出値Ｔ１とｐＨ検出値ｐＨｄとの関数式として算出し、算出した関数式をアルカリ性キレート剤制御演算器６３の第３メモリ６３ａに記憶しておき、この関数式に温度検出値Ｔ１とｐＨ検出値ｐＨｄとを代入することにより、飽和カルシウム濃度Ｃsatを算出する。関数式を第１メモリ６３ａに記憶させる代わりに、各温度、各ｐＨにおける関数式の各計算結果（飽和カルシウム濃度Ｃsat）を格納した２次元の表を第１メモリ６３ａに記憶させておき、この２次元の表から温度検出値Ｔ２およびｐＨ検出値ｐＨｄにおける計算結果（飽和カルシウム濃度Ｃsat）を読み出しても良い。
【００６３】
次いで、ステップＳ２３に移行して、前記（１）式に従ってキレート剤注入流量Ｆchを算出してからステップＳ２４に移行する。
このステップＳ２４では、前述した図１０のステップＳ２と同様に、温度検出値Ｔ２に基づいて予め測定していた溶存シリカ濃度が非晶質シリカの溶解度に対して飽和となるｐＨ目標値ｐＨ*を算出する。ここで、非晶質シリカの溶解度は予め測定した熱水性状を考慮した化学平衡シミュレータによって計算しておき、非晶質シリカの溶解度が溶存シリカ濃度と等しくなるようなｐＨ目標値ｐＨ*を温度の関数式として算出し、この関数式を前記第３メモリ６３ａに記憶させておき、温度検出値Ｔ２を関数式に代入することにより、必要なｐＨ目標値ｐＨ*を算出する。関数式を第３メモリ６３ａに記憶させる代わりに、各温度、各ｐＨにおける関数式の各計算結果（ｐＨ目標値ｐＨ*）を格納した２次元の表を第３メモリ６３ａに記憶させておき、この２次元の表から温度検出値Ｔ２およびｐＨ検出値ｐＨｄにおける計算結果（ｐＨ目標値ｐＨ*）を読み出しても良い。
【００６４】
次いで、ステップＳ２５に移行して、ステップＳ２４で算出したｐＨ目標値ｐＨ*からｐＨ検出値ｐＨｄを減算したｐＨ偏差ΔｐＨを算出し、次いでステップＳ２６に移行して、算出したｐＨ偏差ΔｐＨに例えばＰＩＤ演算処理を行ってアルカリ剤注入ポンプ１３の吐出流量Ｆａを算出する。
次いで、ステップＳ２７に移行して、ステップＳ２３で算出したキレート剤注入流量ＦchがステップＳ２５で算出した吐出流量Ｆａ以上であるか否かを判定し、Ｆch≧Ｆａであるときには、ステップＳ２８に移行して、ステップＳ２３で算出したキレート剤注入流量Ｆchに基づいてアルカリ性キレート剤注入ポンプ１９を制御してから前記ステップＳ２１に戻る。
【００６５】
一方、ステップＳ２７の判定結果が、Ｆch＜ＦａであるときにはステップＳ２９に移行して、ステップＳ２６で算出した吐出流量Ｆａに基づいてアルカリ性キレート剤注入ポンプ１９を制御してから前記ステップＳ２１に戻る。
この第５の実施形態によると、アルカリ性キレート剤を使用しているので、前述した第１及び第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる他、アルカリ性キレート剤を使用することにより、タンク及びポンプを１組省略することができ、構成を簡易化して製作コストを低減することができるとともに、スケール抑制剤の管理も容易とする。
なお、上記第５の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、前述した第１の実施形態における図７及び図８と同様に、気水分離器６９を設けたり、混合装置７０を設けたりすることができる。
【００６６】
また、上記第５の実施形態においても、前述した第２の実施形態と同様にカルシウム濃度の変動が十分少ない場合には、カルシウム濃度計５４を省略して、第３メモリ６３ａに予め計測したカルシウム濃度Ｃcaを記憶しておくようにしてもよく、さらに温度、カルシウム濃度及びｐＨの変動が十分に小さい場合には、第１の温度計５１、カルシウム濃度計５４を省略し、これに代えて第３メモリ６３ａに前述した（１）式の定数Ａを記憶しておけばよい。
また、上記第１〜第５の実施形態においては、本発明によるスケール抑制方法を地熱発電システムに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、カルシウム及びシリカを含む任意の熱水流体が、温度低下を伴って配管等の流体管路を介して送給される流体送給システムにも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  生産井
２  流量調節弁
２’  流量調節弁
３  １次配管
４  熱交換器（蒸発器）
５  還元井
６  衝動式背圧タービン
７  三相同期発電機
８  凝縮器
９  遠心式ポンプ
１０  スケール抑制剤注入部
１１  スケール抑制剤ライン
１１ａ  キレート剤注入ライン
１１ｂ  アルカリ剤注入ライン
１２  アルカリ剤タンク（水酸化ナトリウム溶液タンク）
１３  アルカリ剤注入ポンプ
１４  キレート剤タンク（ＥＤＴＡ溶液タンク）
１５  キレート剤注入ポンプ
１６  ２次配管
１７  スケール抑制剤注入ポンプ
１８  アルカリ性キレート剤タンク
１９  アルカリ性キレート剤ポンプ
２１  カルシウムイオン
２２  キレート剤
２３  不活性カルシウムイオン
２４  アルカリ剤
２５  高ｐＨ領域
Ｌ１〜Ｌ１０  試験ライン
Ｔ１〜Ｔ１０  スケール抑制剤タンク
３１  スケール抑制剤注入部
３２  スタティックミキサ
３３  テストピース
３４  廃棄ピット
５１  第１温度計
５２  第２温度計
５３  流量計
５４  カルシウム濃度計
５５  ｐＨ計
６１  ｐＨ制御演算器
６１ａ  第２メモリ
６２  キレート剤制御演算器
６２ａ  第１メモリ
６３  アルカリ性キレート剤制御演算器
６３ａ  第３メモリ
６９  気液分離器
７０  混合装置
７１  分流部
７２  キレート剤
７４  アルカリ剤
７６  高ｐＨ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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